Говерт Шиллинг - Складки на ткани пространства-времени [Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии] [litres]

В Паранале находится одна из самых продуктивных наземных оптических обсерваторий в мире – «Очень большой телескоп» (Very Large Telescope, VLT). Построенный Европейской южной обсерваторией в 1990-е гг., он состоит из четырех одинаковых 8,2-метровых телескопов. Все они оснащены большим количеством чувствительных камер и спектрографов. Рядом с четырьмя гигантами установлен 2,6-метровый телескоп, обслуживающий программу наблюдения VLT. Этот Обзорный телескоп VLT, завершенный в 2011 г., имеет намного большее поле зрения. Его огромная (268 Мп) камера за несколько минут находит очень бледные звезды в больших полосах обзора. Это прекрасный инструмент для поиска возможного оптического проявления GW150914.

К сожалению, поиск оказался безрезультатным, как и попытки других обсерваторий по всему миру. Может быть, смотреть действительно было не на что. В конце концов, какого оптического сигнала можно ждать от столкновения двух ЧД? В то же время неудача может объясняться совершенно иной причиной. Никто точно не знал, с какой стороны пришли волны Эйнштейна. Иными словами, зона поиска охватывала слишком большую часть неба. Тем не менее все считают дополняющие наблюдения очень важными для обнаружения электромагнитных проявлений в оптическом, инфракрасном, ультрафиолетовом, миллиметровом, рентгеновском, гамма- или радиодиапазонах. Любое электромагнитное излучение, вызванное событием-прародителем гравитационных волн, может принести ценную дополнительную информацию.

Почему необходим поиск электромагнитного проявления? Поясню на аналогии. Представьте, что вы врач-отоларинголог и пришли на футбольный стадион. Во время затишья в матче вы слышите, как кто-то чихает. Звук очень необычный, и поскольку вы настоящий профессионал, то хотите во всем разобраться. Вы уловили, что чихали где-то справа от вас, но определить, кто именно, только по слуху невозможно. Исходя из громкости звука, можно сделать лишь самый общий вывод о расстоянии, на котором находился его источник. У вас нет шанса обнаружить чихавшего – это мог быть кто угодно.

Однако, если вы очень быстро, едва раздастся чихание, повернете голову, то, вероятно, заметите, что один зритель не успел выпрямиться и, прикрывая лицо, нашаривает носовой платок. Вы обнаружили чихавшего и теперь точно знаете, на каком расстоянии раздался звук, следовательно, можете оценить его реальную силу. Можно также исследовать этого человека с расчетом больше узнать о странном симптоме.

Здесь важны два обстоятельства. Первое: если вы наблюдаете какое-то явление неким определенным образом, всегда полезно пронаблюдать за ним еще и совершенно иным способом. Когда вы слышите что-то, то хотите еще и увидеть это. Если вы поймали гамма-излучение взрыва в космосе, то захотите воспользоваться радиотелескопами или оптическими инструментами. Если ваши инструменты зарегистрируют слабые возмущения пространственно-временного континуума, попытаетесь найти и электромагнитные проявления. Второе: если наблюдаемый феномен является краткосрочным, необходимо действовать быстро.

Много столетий астрономия была наукой неторопливых. Планеты медленно меняли местоположение на небе, созвездия всегда выглядели одинаково, падающая звезда или редкая комета вызывали некоторое оживление, но в общем астрономам незачем было спешить. То, что они имели возможность изучать сегодня, прекрасно можно было исследовать и на следующий день или в следующем году.

Эти времена прошли. За минувшие десятилетия мы раздвинули свой горизонт до миллиардов световых лет, расширили границы восприятия, включив в него все составляющие электромагнитного спектра, невероятно повысили точность наблюдений. В результате мы узнали, что кажущаяся неизменность неба обманчива. Эпизодические явления – норма. Фактически единственное, что никогда не меняется, – это всеобщая изменчивость.

Звезды пульсируют и меняют яркость. Красные гиганты гибнут во взрыве сверхновой. Звезды-карлики выбрасывают мощные вспышки. Если на поверхность белого карлика падает слишком много материи другой звезды двойной системы, гарантирован мощнейший термоядерный взрыв (новая звезда). Астероиды разбивают друг друга вдребезги. Кометы врезаются в планеты. Быстро вращающиеся вокруг своей оси нейтронные звезды излучают импульсы в радио- или рентгеновском диапазоне. Черные дыры испускают в космос джеты из частиц и излучения. Квазары мигают. Нейтронные звезды сталкиваются и сливаются. Наше слово «космос» происходит от греческого «порядок», но Вселенная находится в постоянном движении и хаосе. Многие эпизодические события все еще не имеют объяснений из-за недостатка данных.

Кстати, не всегда в этом виноват космос. Яркая вспышка в небе, напоминающая взрыв звезды, может оказаться солнечным бликом, отразившимся от антенны спутника связи. Некоторые всплески гамма-излучения, зарегистрированные космическим телескопом НАСА «Ферми», родились не в далеких галактиках, а на Земле во время грозы. Недавно ученых австралийской обсерватории Паркс ввела в заблуждение их собственная микроволновка. Тарелка зарегистрировала таинственные радиосигналы продолжительностью около четверти секунды. Астрономы назвали их перитонами в честь фантастического животного. Оказалось, однако, что перитоны возникают, если дверцу микроволновки открывают раньше времени. Нет очередной космической тайны, есть нетерпеливые астрономы и техники, которым кажется, что обед уже разогрелся. (Это еще одно напоминание о важности абсолютной радиотишины в радиообсерватории.)

Разумеется, настоящие транзиентные события в космосе представляют гораздо больше интереса для астрономов. Некоторые до сих пор остаются необъясненными – например, быстрые радиовсплески (Fast Radio Bursts, FRB). Как и перитоны, это радиоимпульсы продолжительностью не более малой доли секунды, также впервые обнаруженные 64-метровым радиотелескопом обсерватории Паркс. Они действительно приходят из космоса и почти наверняка возникли в далеких галактиках, как и гамма-всплески, но их природа до сих пор неясна. Пока никому не удалось достаточно быстро среагировать на регистрацию нового FRB, чтобы пронаблюдать его в других волновых диапазонах. Как я уже говорил, скорость решает все.

Сегодняшнюю ситуацию с быстрыми радиовсплесками можно сравнить с началом изучения гамма-всплесков. Чаще всего расстояние до них невозможно определить с такой точностью, чтобы судить о реальном выходе энергии. Поскольку наблюдения электромагнитных проявлений в других частотах невозможны, очень сложно воспользоваться методом дополняющих наблюдений. Неудивительно, что голландский астроном, участвовавший в разработке шкалы расстояний для гамма-всплесков, мечтает раскрыть и тайну FRB. С 2006 г. до начала 2017-го Пауль Гроот возглавлял кафедру астрофизики Университета Радбаунд в Неймегене. Как и его коллеги из Южной Африки и Великобритании, он надеется, что совместный проект MeerLICHT станет прорывным [109] Телескоп MeerLICHT: http://www.ast.uct.ac.za/meerlicht . .